天线如何工作?原理是怎样的?(动画+图文解析)

发布时间:2022-09-25 10:55:17 来源:乐鱼体育APP下载 作者:乐鱼体育在线入口589次
  天线广泛用于电信领域,我们知道它们有许多应用。天线接收电磁波并将其转换为电信号,或者接收电信号并

  天线广泛用于电信领域,我们知道它们有许多应用。天线接收电磁波并将其转换为电信号,或者接收电信号并将其作为电磁波辐射。

  您可能会想到一个简单的答案。也就是说,使用闭合导体,并借助电磁感应原理,您将能够产生波动的磁场和围绕它的电场,如图1A所示。但是,源周围的这种波动场在传输信号时没有用。这里的电磁场不传播;相反,它只是围绕源波动。在天线中,电磁波需要与源分开,并且它们应该传播(图:1B)。在研究天线的制造方法之前,让我们了解波分离背后的物理原理。

  现在的挑战是找出电场由于这种运动而如何变化。让我们只关注一条电场线.在t = T / 8处的电场线

  在零个时间段形成的波前扩展并在一个时间段的八分之一后如图所示变形(图4A)。这令人惊讶;您可能已经预料到一个简单的电场,如该位置所示。为什么电场会拉伸并形成这样的场?如图4B所示,这是因为加速或减速电荷会产生具有一定记忆效应的电场。旧的电场不容易适应新的条件。我们需要花一些时间来了解电场的作用,即加速或减速电荷的扭结。

  如果我们以相同的方式继续进行分析,我们可以看到在四分之一的时间段内,波前结束点在单个点处相遇(图5)。

  图:5在t = T / 4处,电场的末端在单个点处汇合,发生分离和传播此后,发生波前的分离和传播。如果绘制电场强度随距离的变化,您会发现波的传播本质上是正弦的(图6)。有趣的是,如此产生的传播波长恰好是偶极子长度的两倍。稍后我们将回到这一点。请注意,这种变化的电场将自动产生垂直于它的变化的磁场。这正是我们天线所需要的。简而言之,如果可以安排使正负电荷振荡的话,就可以制造天线偶极子中的电磁辐射03

  实际上,这种振荡电荷的产生非常容易。取一根在中心弯曲的导电棒,并在中心施加电压信号(7A)。假设这是您施加的信号,随时间变化的电压信号。考虑零时的情况。由于电压的影响,电子将从偶极子的右侧移出,并在左侧积聚。这意味着失去电子的另一端会自动带正电(7B)。这种布置产生了与先前的偶极电荷情况相同的效果,即导线末端的正电荷和负电荷。随着电压随时间的变化,正电荷和负电荷将往返移动。

  简单的偶极天线也会产生与上一节相同的现象,并且会发生波传播。现在我们已经看到了天线如何作为发射器。发射信号的频率将与施加的电压信号的频率相同。由于传播以光速传播,因此我们可以轻松计算传播的波长(图8)。为了实现完美的传输,天线的长度应为波长的一半。

  天线的操作是可逆的,如果传播的电磁场撞击到天线,它可以用作接收器。让我们详细看看这种现象。

  再次使用同一根天线并施加电场。此时,电子将在棒的一端积聚。这与电偶极子相同。随着施加电场的变化,正负电荷会在另一端累积。变化的电荷累积意味着在天线的中心产生变化的电压信号。如图9所示,当天线用作接收器时,该电压信号就是输出。输出电压信号的频率与接收电磁波的频率相同。从电场配置可以明显看出,为了获得完美的接收效果,天线的尺寸应为波长的一半。在所有这些讨论中,我们已经看到天线是开路的。

  LNBF由馈电喇叭,波导,PCB和探针(12A)组成。进入的信号通过馈电喇叭和波导聚焦到探头上。正如我们在简单偶极子情况下所看到的,在探头处感应出电压。如此生成的电压信号被馈送到PCB进行信号处理,例如滤波,从高频到低频的转换以及放大。经过信号处理后,这些电信号通过同轴电缆传输到电视单元(图12B)。

  您手中的手机使用完全不同类型的天线A)。这些类型的天线价格便宜,并且易于制造在印刷电路板上。贴片天线由放置在接地平面上的金属贴片或金属条组成,中间有一块介电材料。在此,金属贴片用作辐射元件。金属贴片的长度应为适当传输和接收的波长的一半(图14B)。请注意,我们在此处说明的贴片天线的描述非常基础。

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